高速公路監(jiān)控管理系統(tǒng)理論探討

摘 要：高速公路交通監(jiān)控管理系統(tǒng)是實現(xiàn)高速公路運行管理的重要手段。通過對高速公路交通流運行狀態(tài)、交通基礎(chǔ)設(shè)施及交通環(huán)境的監(jiān)測和對交通流行為的控制，可以有效保證行車的安全和道路的暢通，但是我國在實施過程中也存在著一些問題，給監(jiān)控管理系統(tǒng)作用的充分發(fā)揮帶來了不利的影響。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控管理系統(tǒng)；交通參數(shù)檢測；交通控制；管理

前言

汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展給道路交通基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高的要求，實施高速公路的有效監(jiān)控至關(guān)重要。高速公路監(jiān)控的目的是使高速公路管理者實時了解交通運行動態(tài)，進行及時疏導(dǎo)和指揮，從而保證高速公路的使用者能夠得到安全、舒適、快捷、經(jīng)濟的服務(wù)[1]。

1 高速公路監(jiān)控管理系統(tǒng)的作用

目前我國高速公路已經(jīng)開始出現(xiàn)自然擁擠，為更好的發(fā)揮高速公路高速、安全、舒適、高效的特性，需要解決高速公路運營中的兩個主要問題：擁擠與安全。而高速公路的監(jiān)控管理系統(tǒng)的實施能夠促進行車安全，提高運行效率，對于引起延誤的突發(fā)事件，迅速響應(yīng)，提供緊急服務(wù)，快速排出事故，把事故引起的延誤控制到最小值。隨著高速公路的快速發(fā)展，管理任務(wù)逐漸加大，監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能也逐漸增加。一般來說，監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本功能[2]：

（1）及時準確地采集交通流、交通環(huán)境和主要交通設(shè)施的各種狀態(tài)信息。

（2）根據(jù)已掌握的信息，迅速做出有針對性地處理和優(yōu)化控制方案，并及時執(zhí)行。

（3）建立多種信息發(fā)布渠道，為用戶提供信息服務(wù)，通過駕駛員調(diào)整駕駛行為，達到交通流動態(tài)平衡。

（4）進行專項監(jiān)控，如視頻系統(tǒng)監(jiān)視某大橋的車流通過狀況，探測和確認交通事件及冬季路面使用狀態(tài)檢測等。

（5）對交通事故做出快速響應(yīng)，迅速排除事故根源和提供緊急服務(wù)。

（6）建立道路交通數(shù)據(jù)庫，用以支持道路運行狀態(tài)狀況評價，為改善道路經(jīng)營和交通管理的決策提供數(shù)據(jù)分析；根據(jù)監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能要求和設(shè)備特點，監(jiān)控管理系統(tǒng)由交通信息采集子系統(tǒng)，中央控制設(shè)施主系統(tǒng)，監(jiān)控輸出子系統(tǒng)和通信傳輸子系統(tǒng)組成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)[3]。

2 交通信息采集與處理

高速公路交通控制與管理系統(tǒng)通過對有關(guān)道路交通運行狀況、氣象環(huán)境條件和自身設(shè)備工作狀態(tài)等方面信息進行實時采集和有效處理，及時確定相應(yīng)的控制策略，從而對交通流進行調(diào)節(jié)、警告和誘導(dǎo)。因此交通信息的采集是能夠有效實施監(jiān)控的初始環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。在交通參數(shù)檢測的各種信息當(dāng)中，交通參數(shù)的檢測是最重要的，表征高速公路運行狀況的最直接的變量就是以交通量、速度、密度為集中代表的交通參數(shù)，只有更準確的測定和計算出這些參數(shù)，才能清楚的了解當(dāng)前時段高速公路的交通狀況，以便實施更有效的控制。但是在目前我國高速公路監(jiān)控管理系統(tǒng)信息采集中卻存在著如下問題：

（1）車輛檢測器布設(shè)問題。高速公路整個路段的交通流狀態(tài)全線分成若干個子路段區(qū)間，在判斷子路段區(qū)間內(nèi)交通狀態(tài)的基礎(chǔ)上，對高速公路交通流在整體上進行檢測與調(diào)節(jié)，以使其車流運行流暢。但是目前一些高速公路上的檢測器布設(shè)在主線上與出入口匝道相連處，以及服務(wù)區(qū)等特殊地段，主線上其它地方都沒有設(shè)檢測器。這樣，在信息采集過程中無法采集到監(jiān)控區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)的信息，不能保證充足的樣本，從而達不到較好的監(jiān)控效果。

（2）車輛檢測器檢測結(jié)果精度問題。以目前檢測方法來看，把高速公路分成若干個區(qū)間，利用檢測器采集到的交通參數(shù)數(shù)據(jù)，估計路段的平均速度，如果此區(qū)間的平均速度低于某個值就認為發(fā)生了擁擠，否則交通流正常[4]。其精度受到檢測器間距的影響，間距越小，所得到的車輛行程時間越接近真值。另外，擁擠狀態(tài)時車速不穩(wěn)定，無法真實反映區(qū)間內(nèi)的平均車速，從而不能很好的判定交通流狀態(tài)。

3 交通控制與管理系統(tǒng)

在高速公路監(jiān)控管理系統(tǒng)中，通過前端設(shè)備將高速公路上的交通信息采集到監(jiān)控管理系統(tǒng)之后，如何分析這些數(shù)據(jù)，并根據(jù)各地的交通狀態(tài)和氣象條件選擇或配置交通控制與管理方案，進而改善交通流的狀況就成為監(jiān)控管理系統(tǒng)的一個關(guān)鍵任務(wù)。交通控制與管理子系統(tǒng)包括：交通控制與管理目標、交通控制與管理方法、交通控制與管理參數(shù)。控制參數(shù)以一定的控制形式作用于交通流，根據(jù)控制形式的不同，控制方法可以分為匝道控制和主線控制兩大類，而匝道控制又可以分為：入口匝道定時控制、入口匝道整體定時控制、入口匝道交通感應(yīng)控制、入口匝道匯合控制。在控制算法上，有基于穩(wěn)態(tài)交通模型和動態(tài)交通模型的準確推倒方法，基于模糊理論的算法，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理的算法等，這些算法在實踐和交流中不斷得到發(fā)展和完善，為交通控制與管理奠定了良好的理論基礎(chǔ)。其中經(jīng)典控制算法對于中等交通密度條件下的交通流，依靠其自身的靈活性能獲得較好的控制效果，但處理較大交通量時，很難平衡匝道排隊和保證主線最佳車流間的矛盾；在經(jīng)典控制算法中，往往需要對交通流進行近似處理，如用低階模型代替高階模型，用集中參數(shù)代替分布參數(shù)，用線性代替非線性，用定常特性代替時變特性，這與實際不符；而且，沒有充分考慮交通流突變的情況，算法很難處理因交通事件引起的交通流突變的問題，其魯棒性差[5]。另外，在控制方法上看，目前高速公路的控制是通過可變情報板、可變限速標志來實現(xiàn)的，但是在實際中，如上所述，監(jiān)控人員掌握不了高速公路所有的準確的數(shù)據(jù)信息。所以，現(xiàn)有的控制是建立在對攝像頭采集的視頻圖像的人眼判斷上的，而攝像頭又不能覆蓋全程，所以不全面，控制過程也沒有建立在充分的理論根據(jù)上。

4 高速公路通信系統(tǒng)

高速公路通信系統(tǒng)是高速公路現(xiàn)代化管理的支撐系統(tǒng)，它要實現(xiàn)監(jiān)控管理系統(tǒng)和收費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、語音和圖像等信息準確而及時的傳輸，通信業(yè)務(wù)大概可以分為語音、數(shù)據(jù)和圖像三大部分業(yè)務(wù)，是一個多業(yè)務(wù)、傳輸距離長的專用多媒體傳輸系統(tǒng)。因此，作為成熟、穩(wěn)定的光纖傳輸技術(shù)，隨著高速公路聯(lián)網(wǎng)收費和路網(wǎng)集中監(jiān)控的到來，無疑高速公路通信系統(tǒng)及其聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是首選，但是也存在著一定的問題。光纖傳輸損耗是光纖的最基本和最重要參數(shù)，傳輸損耗過大，系統(tǒng)要么接收不到信息，要么接收到錯誤信息。引起光纖傳輸損耗的因素主要有光纖本身固有的損耗和接續(xù)損耗。另外，高速公路普遍使用同步數(shù)字傳輸設(shè)備作為高速公路通信設(shè)備，由于發(fā)展迅速、技術(shù)成熟，目前高速公路通信設(shè)備的運行質(zhì)量很高，系統(tǒng)的可靠性很好。但是在檢測工作中還是出現(xiàn)了部分時鐘漂移性能不符合要求的問題，嚴重影響了通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。

5 結(jié)束語

要使監(jiān)控管理系統(tǒng)有效發(fā)揮其作用，就必須針對系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的問題提出有效解決對策，從而不斷完善發(fā)展系統(tǒng)，切實為保障高速公路的行車安全、順暢和實現(xiàn)高速公路的綜合信息管理服務(wù)，促進高速公路監(jiān)控向著區(qū)域化與網(wǎng)絡(luò)化，信息整合與綜合管理以及交通信息服務(wù)的方向發(fā)展。

參考文獻

[1]馬萬經(jīng)，楊曉光.基于項目學(xué)習(xí)模式的交通設(shè)計課程教學(xué)改革探索[J].中國建設(shè)教育，2010（Z4）.

[2]陳健.《交通工程學(xué)》教學(xué)實踐環(huán)節(jié)研究[J].西南科技大學(xué)高教研究，2002（2）.

[3]陳健，盧國勝.交通工程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)探析[J].西南科技大學(xué)高教研究，2010（3）.

[4]范波峰.交通工程專業(yè)的系統(tǒng)工程考試模式改革與實踐[J].西南科技大學(xué)高教研究，2012（2）.

[5]胡圣能.交通工程專業(yè)建設(shè)與優(yōu)化探討[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報（社科版），2013（1）.

作者簡介：程相杰（1971，12-），男，河南鄭州人，助理工程師，本科，研究方向：交通工程。